激光直接制造技术及其在飞机上的应用VIP免费

专稿FEATURE36航空制造技术·2009年第7期激光直接制造具有无模具、短周期、低成本及高品质等特点，能够解决钛合金传统加工存在的问题，实现复杂构件的直接近净成形，同时激光快速熔凝特点使零件具有致密的组织和良好的综合性能，从而更大限度地发掘材料性能潜力。该技术将为先进飞机关键结构件的研制及生产开辟一条快速、经济、高效的途径，满足现代武器装备多品种、变批量及快速响应的要求。目前，激光直接制造技术已经在美国F-22、F/A-18E/F和F-35等先进军用飞机上得到实际应用[4]，应用材料以钛合金、不锈钢为主，有大型薄壁结构件、空间取向异型结构件、空腔结构件和复杂加筋结构件，应用部位从次承力结构到主承力结构，主要包括接头、连接杆、翼根吊环、壁板和隔框等机体构件，制造的最大零件投影面积已达10m2。利用该技术制造的零件达到近净形，综合性能好，材料利用率可达70%以上，缩短了制造周期，降低了综合成本，有显著的军事效益。原理及特点激光直接制造的原理是：首先根据零件CAD模型，将零件的3D激光直接制造是基于“离散/堆积”成形原理的快速制造技术领域中，发展最为迅速的一种金属零件快速制造技术，该技术综合利用激光、计算机、CAD/CAM、材料等学科的高新技术，通过熔覆沉积金属粉末直接制造金属零件，是一种将“高性能材料制备”与复杂零件“近净成形”有机融为一体的无模具、柔性、数字化先进制造技术[1-3]。杨健2004年毕业于西北工业大学材料学院，工学硕士；主要从事飞机标准材料设计、新材料和新工艺应用研究工作；先后发表科技论文10余篇。激光直接制造具有无模具、短周期、低成本及高品质等特点，能够解决钛合金传统加工存在的问题，实现复杂构件的直接近净成形，同时激光快速熔凝特点使零件具有致密的组织和良好的综合性能，从而可以更大限度地发掘材料性能潜力。中航工业第一飞机设计研究院杨健西北工业大学凝固技术国家重点实验室黄卫东激光直接制造技术及其在飞机上的应用DirectLaserFabricationandItsApplicationinAircraft激光直接制造模型专稿FEATURE2009年第7期·航空制造技术37数据按一定厚度分层离散成一系列2D轮廓数据，经过处理传给数控系统，形成数控驱动程序；然后在驱动程序的控制下，通过激光熔覆沉积金属粉末，按照2D轮廓数据实现材料的逐层沉积；最终获得组织致密、性能优异的“近净形”零件。激光直接制造技术在原理上一反传统的“去材或变形”加工思想，而采用全新的增材制造原理成形零件，在制造方面具有柔性好（无需专用工装）、对零件的复杂程度（形状和尺寸）基本没有限制等特点，应用该技术将为工程设计提供更大的自由度。此外，该技术以高能激光束作为加工热源，具有以下优点：（1）材料的力学和耐腐蚀性能全面提高。利用激光束与材料相互作用时的快速熔化和凝固过程，获得致密组织，消除成分偏析的不利影响，从而提高材料的力学和耐腐蚀性能。值得一提的是，材料致密的组织可以同时提高其强度和塑性，从而解决常规手段所导致的“鱼与熊掌不可兼得”的矛盾。表1是几种材料的力学性能数据，从中可以看出，激光直接制造零件的力学性能与传统技术相当或更为优越。（2）制造速度快、节省材料和降低成本。激光直接制造技术使用粉末材料制造零件，后续的机械加工量很小，极大地节省了材料，并省去了模具制造的周期和费用，大幅度缩短了加工周期，尽管大功率激光加工本身的成本较高，但在航空领域高性能零件的制造中，其综合成本仍然能够有较大幅度的降低。（3）根据实际使用环境控制零件不同部位的成分和组织，合理控制零件的性能。激光直接制造技术采用熔覆的方法堆积材料，可以很方便地在零件的不同部位得到不同的成分，特别是采用自动送粉熔覆的方式进行加工时，通过精确控制送粉器，原则上可以在零件的任意部位获得所需要的成分，实现零件各部分材质和性能的最佳搭配。这是传统的铸造和锻造技术所无法实现的。发展及应用自20世纪90年代开始，随着计算机技术的飞速发展，激光直接制造技术逐渐成为制造领域研究的热点，并迅速进入高速发展阶段。在这一时期，世界上众多科研机构和航空企业纷纷进入该领域，开展该技术的理论研究和...